第三章稀土永磁无刷直流电动机

第三章稀土永磁无刷直流电动机第1页，课件共39页，创作于2023年2月第一节概述无刷直流电动机的发展无刷直流电动机的优点稀土永磁无刷直流电动机的优越性无刷直流电动机的构成无刷直流电动机的系统图稀土永磁无刷直流电动机结构第2页，课件共39页，创作于2023年2月无刷直流电动机的发展电机理论稀土永磁材料电力电子器件专用集成电路计算机新型控制理论第3页，课件共39页，创作于2023年2月无刷直流电动机的优点可靠性高维护方便结构简单特性好散热容易转速不受机械换向限制噪声小第4页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻转动惯量小、动态特性好气隙大、力矩脉动小方波电机设计、方波驱动抗去磁能力强磁路设计简化第5页，课件共39页，创作于2023年2月无刷直流电动机的构成框图

第6页，课件共39页，创作于2023年2月无刷直流电动机系统总体框图

功率主电路驱动电路PWM及逻辑合成电路转子位置检测电路主控电路串行LED显示电路BLDCM给定第7页，课件共39页，创作于2023年2月无刷直流电动机的系统图第8页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图第9页，课件共39页，创作于2023年2月第10页，课件共39页，创作于2023年2月图（a），电流流通路径：电源正极---V1---A相---B相---V6---电源负极图（b），电流流通路径：电源正极---V1---A相---C相---V2---电源负极从（a）到（b）的60°电角范围：转子磁场连续转动定子合成磁场不动第11页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，每个步进角是60°电角转子每转过60°电角，逆变器开关管换流一次电机有6个磁状态，每一磁状态均为两相导通

120°导通型逆变器：每相流过电流的时间相当于转子转电角每个开关管的导通角为120°第12页，课件共39页，创作于2023年2月第13页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机结构示意图第14页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机转子结构第15页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的逆变器两种主电路形式：桥式非桥式最常用的主电路三相星形六状态三相星形三状态第16页，课件共39页，创作于2023年2月

第17页，课件共39页，创作于2023年2月转子位置传感器作用：检测转子磁极相对于定子绕组轴线的位置常用的形式：磁敏式电磁式光电式接近开关式第18页，课件共39页，创作于2023年2月第二节基本公式方波电动机普通无刷直流电动机数学模型第19页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机稀土永磁径向激磁第20页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机集中整距绕组q=1二相导通星形三相六状态磁场宽度>120°电势平顶宽>120°第21页，课件共39页，创作于2023年2月1．

电枢绕组感应电势v为导体相对于磁场的线速度:

（m/s）(3-2)

其中n为电机转速（r/min）D为电枢内径；为极距；p为极对数。

单根导体在气隙磁场中感应电势为（V）(3-1)

式中Bδ为气隙磁感应强度；L为导体的有效长度；第22页，课件共39页，创作于2023年2月方波气隙磁感应强度对应的每极磁通为(Wb)(3-5)式中为计算极弧系数则有(V)(3-6)设电枢绕组每相串联匝数为则每相绕组的感应电势为(V)(3-3)将式（3-2）代入式（3-1）得(V)(3-4)第23页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机1．

电枢绕组感应电势将式（3-6）代入式（3-3）得每相绕组感应电势(V)(3-7)

则线电势，即电枢感应电势为(V)(3-8)式中为电势常数第24页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机2.电枢电流在每个导通时间内有以下电压平衡方程式式中U为电源电压；为开关管的饱和管压降；为每相绕组电流；为每相绕组电阻。由上式得(A)(3-10)第25页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机3.电磁转矩在任一时刻，电机的电磁转矩由两相绕组的合成磁场与转子永磁场相互作用而产生，则(N.m)(3-11)式中为电机的角速度第26页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机3.电磁转矩(N.m)(3-12)

式中为转矩常数第27页，课件共39页，创作于2023年2月方波电动机4．转速将式（2-8）代入式（2-9）得(r/min)空载转速为(r/min)第28页，课件共39页，创作于2023年2月普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁气隙磁场近似为正弦波电势近似为正弦波设计中近似处理—仅考虑基波第29页，课件共39页，创作于2023年2月第30页，课件共39页，创作于2023年2月第31页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的数学模型由于方波电动机的气隙磁场、反电势以及电流都是非正弦的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法直接利用电动机原有的相变量，即在三相定子坐标系（A，B，C）轴系下建立电机的数学模型比较方便，又可获得较准确的结果。

第32页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的数学模型以两相导通星形三相六状态为例，假设：①定子三相完全对称；②忽略齿槽效应，绕组均匀分布于光滑定子的表面内；③忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗；④不考虑电枢反应，气隙磁场分布近似为矩形波，平顶宽度为120º电角度；⑤转子上没有阻尼绕组，永磁体不起阻尼作用。第33页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的数学模型定子电压方程

式中

－定子相绕组电压（V）；

－定子相绕组电流（A）；

－定子相绕组电动势（V）；

－定子各相绕组的自感（H）；

－定子每两相绕组间的互感(H）；P－微分算子第34页，课件共39页，创作于2023年2月稀土永磁无刷直流电动机的数学模型因电机三相绕组完全对称，所以令

则定子电压方程简化为：

（3-19）第35页，课件共39页，创作于2023年2月三相方波电流和三相梯形波反